[发明专利]基于石墨烯微带线行波电极的环形谐振腔光调制器

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯微带线行波电极的环形谐振腔光调制器，属于光电子技术领域，解决现有技术中基于石墨烯光调制器受限于集总电极结构的较大RC常数，造成调制带宽比较小的问题，提供了一种基于石墨烯微带线行波电极的环形谐振腔光调制器。本发明包括衬底层，设置在衬底层表面上的条形光波导、环形光波导，所述条形光波导将衬底层表面分为两部分，所述环形光波导设置在条形光波导一侧上，所述条形光波导的两侧，衬底层表面上设置有第一电介质填充层和第二电介质填充层，所述环形光波导上设置有微带线行波电极结构，本发明用于实现光调制速率。

技术领域

基于石墨烯微带线行波电极的环形谐振腔光调制器，用于实现光调制速率，属于光电子技术领域。

背景技术

光调制器和光开关是光通信网络中的核心器件，对光通信网络的构建起到重要的作用。基于平面集成技术制作的光调制器和光开关具有低成本、结构紧凑、高集成度等优点，但目前仍有许多难点没有解决，如功耗、速度、消光比等。基于环形谐振腔的光调制器和光开关是近年来发展出的新技术，有望应用于未来大规模的集成光路中。环形谐振腔无需制作反射端面或光栅就可以实现光场的反馈，非常适合利用平面光波导工艺加工。它紧凑的结构有利于提高器件的集成度，谐振特性可以显著减小所需的调制相位量，降低功耗。采用高折射率差的波导材料，例如绝缘体上硅(SOI)材料，可以实现超小弯曲半径的谐振环，其制作工艺与成熟的微电子加工工艺相兼容。

石墨烯材料超宽光谱的吸收范围，超高的载流子迁移率，其光学特性可以被人为调控，并且其工艺与传统CMOS工艺兼容，被认为是未来Si材料的替代者，是制作光调制器的理想材料(见文献Kinam Kim,et al.A role for graphene in silicon-basedsemiconductor devices.Nature,2011,Vol 479,p338-344)。目前，基于石墨烯材料的光学调制器已经得到广泛的研究，但实现的光调制速率却不是很理想，目前文献报道的最大调制带宽在30GHz左右(见文献C.T.Phare,et al.Graphene electro-optic modulator with30GHz bandwidth,Nature Photonics 9,2015)，还不及传统Si基光调制器所实现的调制带宽。这主要受限于集总电极结构的较大RC常数。而石墨烯材料具有超高的载流子迁移率，其本征的工作带宽可达500GHz。

发明内容

本发明的目的在于：解决现有技术中基于石墨烯光调制器受限于集总电极结构的较大RC常数，造成调制带宽比较小的问题，提供了一种基于石墨烯微带线行波电极的环形谐振腔光调制器。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于石墨烯微带线行波电极的环形谐振腔光调制器，其特征在于：包括衬底层，设置在衬底层表面上的条形光波导、环形光波导和电介质填充层，所述环形光波导位于条形光波导的一侧，所述环形光波导上设置有微带线行波电极结构，所述微带线行波电极结构包括从下到上依次设置在环形光波导上的第一石墨烯微带线和第二石墨烯微带线，隔离环形光波导、第一石墨烯微带线和第二石墨烯微带线的电介质层，与第一石墨烯微带线相连接的第一电极和第二电极，第二石墨烯微带线(7)上连接的第一接地电极(81)、第二接地电极(82)、第三接地电极(83)和第四接地电极(84)分别设置在第一电极(61)和第二电极(62)的左右两侧。

进一步，所述条形光波导将衬底层的表面分为两部分；所述电介质填充层包括被条形光波导隔离的第一电介质填充层和第二电介质填充层；所述衬底层的材料为二氧化硅。

进一步，所述环形光波导与第一石墨烯微带线被第一电介质层隔离，第一石墨烯微带线与第二石墨烯微带线被第二电介质层隔离，所述的第一电介质层、第二电介质层的材料为氮化硅、三氧化二铝、氮化硼材料之一或其组合体。

进一步，所述条形光波导和环形光波导材质相同，可以是硅、氮化硅材料之一。